一种p型硫化铜透明导电薄膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种p型硫化铜透明导电薄膜及制备方法。所述硫化铜透明导电薄膜在方阻低至10欧姆/□时，可见光范围的透过率最高为86%，电阻率最优可达到1.02×10

A p-type transparent conductive copper sulfide film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种p型硫化铜透明导电薄膜及制备方法
本专利技术属于透明导电薄膜的
，具体涉及一种p型硫化铜透明导电薄膜及制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜就是兼顾了透明与导电两种性质，既在可见光范围内高度透明又具有良好导电性的薄膜。由于其透明导电的特性使其在薄膜太阳能电池、平板显示器、发光二极管、低辐射玻璃等方面有着重大的应用价值。透明导电薄膜根据导电载流子的类型可以分为n型和p型，尽管透明导电薄膜种类众多，应用也较为广泛，但是大多数都是仅仅将他们用作单一的光学涂层，并没有进一步将其制备为有源器件，这是由于绝大多数透明导电薄膜都是n型材料，缺少光电性能可以与之匹配的p型透明导电薄膜材料。长期以来，n型透明导电薄膜材料无论是性能还是应用都远远的超过了p型材料，到目前为止，可以投入商业生产的透明导电薄膜均为n型透明导电薄膜，这也极大的限制了透明导电薄膜的应用范围，因此p型透明导电薄膜材料也成为了透明导电薄膜领域的研究的热点。目前已经发现的p型透明导电材料主要包括以下三种：p型铜铁矿结构氧化物，p型硫属化合物以及p型ZnO基化合物。尽管有些p型透明导电薄膜的可见光范围内透过率已经接近甚至与n型透明导电薄膜相同，但是，其导电性到现在为止还与n型材料有着不可逾越的差距。制备透明导电薄膜的方法较多，但都是先制备出透明导电薄膜材料，之后再通过其他的方法如磁控溅射法、真空真镀法、化学气相沉积法等方法将透明导电薄膜材料与基底板结合，步骤较为繁琐，且难以实现大规模生产，鉴于此，发展一种大规模直接制备透明导电薄膜的方法是非常必要的。
技术实现思路
为了提高p型透明导电薄膜的性能，简化透明导电薄膜的制备工艺，实现大规模生产，本专利技术提供一种p型硫化铜透明导电薄膜及制备方法。一种p型硫化铜透明导电薄膜，厚度为40-60nm，其中所含的硫化铜为p型半导体材料；在可见光范围内透过率为82-86%、方块电阻为10-18欧姆、电阻率为（1.02-1.23）×10-4Ω·cm、带隙范围为1.5-2.0eV。制备p型硫化铜透明导电薄膜的操作步骤如下：（1）制备铜前体溶液将0.5-10mmol氧化铜（CuO）或氧化亚铜（Cu2O）放入7-40mL溶剂中，加热至温度40-70℃，边搅拌边加入0.1-6mL二硫化碳和1-10mL胺类化合物，搅拌至氧化铜（CuO）或氧化亚铜（Cu2O）完全溶解，得到铜前体反应溶液；将铜前体反应溶液离心分离，得到澄清的铜前体溶液；溶剂为无水乙醇或氯仿或甲苯或丙酮中的一种；胺类化合物为正丁胺或乙醇胺或乙二胺中的一种；（2）制备p型硫化铜透明导电薄膜将铜前体溶液在基底板上湿法加工成膜，在温度160-220℃条件下退火0.2-1分钟，得到厚度为40-60nm的p型硫化铜透明导电薄膜。进一步限定的技术方案如下：步骤（1）中，离心条件：转速8000-12000转/分钟、时间1-5分钟。步骤（2）中，所述基底板的材料为玻璃或塑料或陶瓷或硅片。步骤（2）中，所述湿法加工为喷涂法或旋涂法或提拉镀膜法或刮涂法。本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1.本专利技术制备的p型硫化铜透明导电薄膜光电性能出色，超过大部分其他的p型透明导电薄膜，具有较高的载流子浓度、较高的可见光透过率、较低的方阻，这三个技术指标接近目前广泛使用的ITO的水平，而本专利技术制备的硫化铜透明导电薄膜为p型，结合目前技术已经成熟的n型透明导电薄膜材料，使得其在透明p-n结，透明场效应晶体管，太阳能电池等领域具有重大的应用价值。实验结果表明：采用本专利技术制备的p型硫化铜透明导电薄膜，其方阻最低为10Ω/□，透过率最高为86%。2.本专利技术的制备工艺简单，且便于后期处理，相比于其他透明导电薄膜制备的方法，本专利技术提供了一种直接制备p型硫化铜透明导电薄膜的方法，无需前期制备透明导电薄膜材料，直接在基底板上将铜前体溶液通过反应形成p型硫化铜透明导电薄膜，将制备透明导电薄膜材料的过程、透明导电薄膜材料与基底板结合的过程合并，使传统透明导电薄膜制备工艺中较为繁琐的步骤有效简化。3.传统制备透明导电薄膜材料的方法如真空溅射法、真空蒸镀透法等，制备的透明导电薄膜由于其质脆易碎，柔韧性和弯曲性能较差，不适合应用在柔性基底上。本专利技术中一种p型硫化铜透明导电薄膜的制备方法，基底板可选用塑料基底如聚酰亚胺，使其在柔性光电器件如柔性LED、柔性触控屏幕等领域有着广阔的应用前景。4.与其它方法比较，本专利技术中使用的提拉镀膜法，优点在于可以进行双面涂膜及不规则表面的涂膜，适合大面积操作。薄膜的厚度可以低至纳米级别，并且溶液的利用率非常高，节约资源。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步地描述。实施例1一种p型硫化铜透明导电薄膜的制备操作步骤如下：（1）制备铜前体反应溶液，将1mmol氧化铜（CuO）和7mL无水乙醇加入锥形瓶中，将装有上述物质的锥形瓶置于60℃的加热台上，搅拌下分别加入0.6mL二硫化碳和1mL正丁胺，搅拌至固体完全溶解，形成铜前体反应溶液；在离心机中，在转速8000转/分钟条件下离心3分钟，得到澄清的铜前体溶液。（2）将铜前体溶液在玻璃基底板上旋涂成膜，然后在180℃下退火1分钟，得到厚度约为50nm的p型硫化铜透明导电薄膜，p型硫化铜透明导电薄膜中所含的硫化铜为p型半导体材料；p型硫化铜透明导电薄膜在可见光范围内透过率为86%、方块电阻约为10欧姆、电阻率为1.02×10-4Ω·cm、带隙为1.6eV。实施例2一种p型硫化铜透明导电薄膜的制备操作步骤如下：（1）制备铜反应前体溶液，将0.5mmol氧化亚铜（Cu2O）和7mL氯仿加入锥形瓶中，将装有上述物质的锥形瓶置于60℃的加热台上，搅拌下分别加入0.6mL二硫化碳和1mL正丁胺，搅拌至固体完全溶解，形成铜前体反应溶液；在离心机中，在转速12000转/分钟条件下离心5分钟，得到澄清的铜前体溶液。（2）将铜前体溶液在塑料基底板上旋涂成膜，然后在200℃下退火1分钟，得到厚度约为45nm的p型硫化铜透明导电薄膜，p型硫化铜透明导电薄膜中所含的硫化铜为p型半导体材料。p型硫化铜透明导电薄膜在可见光范围内透过率为85%、方块电阻约为11欧姆、电阻率为1.23×10-4Ω·cm、带隙为约1.6eV。实施例3一种p型硫化铜透明导电薄膜的制备操作步骤如下：（1）制备铜前体反应溶液，将0.5mmol氧化亚铜（Cu2O）和7mL丙酮加入锥形瓶中，将装有上述物质的锥形瓶置于60℃的加热台上，搅拌下分别加入0.6mL二硫化碳和1mL乙二胺，搅拌至固体完全溶解，形成铜前体反应溶液；在离心机中，在转速10000转/分钟条件下离心3分钟，得到澄清的铜前体溶液。（2）将铜前体溶液在透明陶瓷基底板上使用喷涂法成膜，然后在200℃下退火1分钟，得到厚度约为50nm的p型硫化铜透明导电薄膜。p型硫化铜透明导电薄膜在可见光范围内透过率为82%、方块电阻约为13欧姆、电阻率为1.21×10-4Ω·cm、带隙为约1.7eV。实施例4一种p型硫化铜透明导电薄膜的制备操作步骤如下：（1）制备铜前体反应溶液，将4mmol氧化亚铜（Cu2O）和30mL氯仿加入锥形瓶中，将装有上述物质的锥形瓶置于60℃的加热台上，搅拌下分别加入4.8mL二硫化碳和8mL正丁胺，搅拌至固体完全溶解，形成铜前体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种p型硫化铜透明导电薄膜，其特征在于：所述p型硫化铜透明导电薄膜的厚度为40‑60 nm，其中所含的硫化铜为p型半导体材料；在可见光范围内透过率为82‑86%、方块电阻为10‑18欧姆、电阻率为（1.02‑1.23）×10

【技术特征摘要】
1.一种p型硫化铜透明导电薄膜，其特征在于：所述p型硫化铜透明导电薄膜的厚度为40-60nm，其中所含的硫化铜为p型半导体材料；在可见光范围内透过率为82-86%、方块电阻为10-18欧姆、电阻率为（1.02-1.23）×10-4Ω·cm、带隙范围为1.5-2.0eV。2.如权利要求1所述的一种p型硫化铜透明导电薄膜的制备方法，其特征在于操作步骤如下：（1）制备铜前体溶液将0.5-10mmol氧化铜（CuO）或氧化亚铜（Cu2O）放入7-40mL溶剂中，加热至温度40-70℃，边搅拌边加入0.1-6mL二硫化碳和1-10mL胺类化合物，搅拌至氧化铜（CuO）或氧化亚铜（Cu2O）完全溶解，得到铜前体反应溶液；将铜前体反应溶液离心分离，得到澄清的铜前体溶液；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伸杰，查天庸，陈艳艳，王强，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34